变压器开路和短路试验

在本教程中，我们将学习什么是变压器的开路试验和短路试验，如何对变压器进行开路试验和短路试验，计算这些开路试验和短路试验的效率，并计算规则。

介绍

通过了解所有的等效电路参数，可以预测变压器在不同负载水平下的性能。这些电路参数以变压器的开路(OC)和短路(SC)试验数据提供。在不实际加载变压器的情况下，这两个评定试验给出了试验结果，用于确定等效电路参数。

通过这些参数，我们可以很容易地确定变压器在任何功率因数和任何负载条件下的效率和调节。这种寻找变压器参数的方法称为间接加载法。

本教程列举了如何执行这些测试，如何从测试数据和重要的高压或低压侧确定等效参数，在其中执行计算。

变压器开路或空载试验

该试验是为了找出变压器等效电路的分流或空载支路参数。通过试验得到了铁损和空载电流值，从而可以通过简单的计算确定空载支路参数。

顾名思义，变压器的二次侧负载端子保持开路状态，输入电压加在一次侧。由于该测试是在不放置任何负载的情况下进行的，因此该测试也称为无负载测试。

如何进行开路测试?

开路(OC)试验是通过变压、电流表、电压表和瓦特表等仪器将变压器的低压侧(主侧)连接到交流电源进行的。二次侧或高压侧端子是敞开的，在某些情况下，一个电压表通过它来测量二次电压。

一次侧电压表读取施加到变压器上的电压，电流表读取空载电流，瓦特表给出输入功率，可变电压表用来改变施加到变压器上的电压，以便在额定频率上施加额定电压。变压器OC测试布置如下图所示:

当向变压器提供单相电源时，通过改变变压器调整一次电压的额定值。在这个额定电压下，要测量安培计和瓦特计的读数。通过这个测试，我们得到了额定电压V_O，输入或空载电流I_O和输入功率W_O．

我们知道，当变压器空载时，空载电流或一次电流非常小，通常为额定电流值的3 - 5%。因此，一次绕组中的铜损耗可以忽略不计。

在OC测试中，变压器在额定电压和额定频率下运行，因此最大的损失将是铁芯中的磁通。由于铁芯或铁芯损耗在额定电压下，输入的功率是由变压器在空载下提供铁芯损耗。

W_O=铁损

空载分流参数由OC试验计算得出为

空载功率因数，Cos Φ_O= W_O/ V_O我_O

一旦得到功率因数，空载分量电流确定为:

空载电流的磁化分量，I_米=我_O罪Φ_O

空载电流的铁芯损耗分量，I_米=我_O因为Φ_O

然后，磁化支路电抗X_O= V_O/我_米

电阻代表铁芯损耗，R_O= V_O/我_O

当变压器空载运行时，由分流或并联参数引出的电流很小，约为额定电流的2 - 5%。因此，一个低电流将流过电路在OC测试期间。为了便于仪器读取，电压、电流和功率的测量必须在低压侧进行。

同时，还必须选择低量程电流线圈和低量程电流表。变压器空载时功率因数过低。通常低于0。5。因此，为了与这个低值工作，一个LPF瓦特表被选择。OC测试得到的等效电路如下图所示:

变压器短路试验

该测试是为了找出等效电路的串联支路参数，如等效阻抗(Z_o1群或Z_o2)，总绕组电阻(R_o1群或者R_o2)和总漏抗(X_o1群或者X_o2）.此外，它可以确定铜损耗在任何期望的负载和总电压降的变压器参考一次或二次。在此试验中，通常用粗导线将低压绕组短路。试验在另一侧进行，即高压侧(为主)。

如何进行短路测试?

在短路(SC)试验中，一次绕组或高压绕组通过电压表、电流表、瓦特表和如图所示的变压器连接到交流电源。此试验也称为降压试验或低电压试验。由于二次绕组短路，在额定电压下，变压器绕组电阻很小，因而获得很大的电流。

如此大的电流会导致变压器过热和烧毁。因此，为了限制大电流，初级绕组必须通电，这刚好足够在变压器初级产生额定电流。

SC试验是在高压侧进行的，主要有两个原因。一是施加额定电流进行SC试验，高压侧的额定电流远小于低压侧的额定电流。因此，与低压侧相比，高压侧(由于电流值较低)很容易实现额定电流。

另一方面，如果我们通过连接低压侧的测量仪器使高压端子短路，则二次电压为零。因此，通过高压侧的电流是非常高的(因为VA额定值是恒定的)相对于低压侧，因此它将导致烧毁变压器。

慢慢在这个测试中,通过改变自耦变压器,我们应用一个低压主通常5到10%的额定电压导致额定电流流在初级和次级绕组上我们可以观察电流表阅读(在某些情况下,二次短路通过一个安培表)。在这个额定电流下，我们必须记录伏特计(V_sc),安培计(我_sc)和瓦特表(W_sc)读数。

在这个测试中，电流是额定值，因此空载电流很小，是额定值的3 - 5%。换句话说，电压应用到初级绕组是非常低的，因此磁芯中的磁通水平是非常小的。因此，铁芯损耗可以忽略不计。因此，由于铁芯损耗可以忽略，本次试验等效电路中不存在空载分流支路。

由于铁芯或铁芯损耗是电压的函数，所以这些损耗很小。因此，电度表读数显示功率损耗或I₂R损耗等于整个变压器的满载铜损耗。

W_sc=满载铜损耗

根据测试结果确定等效电路的串联支路参数为

等效电阻指高压侧，R01 = W_sc/我_sc²

等效阻抗参照高压侧，Z01 = V_sc/我_sc

等效漏电抗为高压侧，X01 =√(Z²01 - R²01)

还有短路功率因数，Cos Φ_sc= W_sc/ V_sc我_sc

测试得到的等效电路如下所示。

需要注意的是，在计算参数之前，必须知道测试读数被记录在哪一边(主要或次要)。假设变压器为升压变压器，则在一次侧或低压侧短路时，在二次侧(高压侧)进行SC试验。在这种情况下，我们从R02、X02和Z02这样的计算中得到次要参数。

如果是降压变压器，我们得到的参数值为R01, X01和Z01，因为仪表是连接到一次高压侧。

从OC试验得到分流支路参数为低压侧，从SC试验得到串联支路参数为高压侧。因此，对于一个有意义的等效电路，所有的参数都必须指向一个特定的边。关于这种转换的解释在我们之前的文章中变压器主题的等效电路中进行了解释。

利用O.C.和S.C.试验计算效率

正如我们所看到的，实际的变压器有两种主要损耗，即铜损耗和铁芯损耗。由于这些损耗作为热量散失，变压器的温度升高。由于这些损耗，初级电源的输入功率不再等于次级电源的输出功率。因此，变压器的效率为

效率，η =功率输出单位KW/功率输入单位KW

=功率输出KW/(功率输出KW +损耗)

= KW输出功率/ (KW输出功率+铜损耗+铁芯损耗)

我们已经讨论过，随着堆芯内通量保持恒定，堆芯损耗Pcore从空载到满载保持恒定。而铜的损耗取决于电流的平方。随着绕组电流从空载到满载的变化，铜损耗也会发生变化。

假设变压器的KVA额定值为S，负载的分数为x，负载的功率因数为Cos Φ。然后

输出功率KW = xSCos Φ

假设满载时铜的损耗为P_铜(从x = 1),

那么每单位负荷x时的铜损耗= x²P_铜

因此变压器的效率为

效率，η = xSCos Φ / (x_年代因为Φ + x²Px_铜+ Px_核心）

在上述效率方程中，铁芯或铁芯损耗和满负荷铜损耗是通过OC和SC试验得到的。

计算规则

当一次电压固定时，从空载到满载时，二次端电压不会保持恒定。这是由于漏电阻抗的电压下降，其幅度取决于负载的程度和功率因数。

因此，该规则给出了在给定的功率因数下，二次电压从空载到满载的变化。它定义为变压器在额定电压下以规定的功率因数满负荷运行至空载，一次电压保持不变时，二次电压的变化。

电压调节百分比，%R = ((E₂- - - - - - V₂) / V₂)×100

电压调节用电压降表示为

% R =((我₁R01 cos Φ +/- I₁X01 sin Φ) / V₁)×100

或

% R =((我₂R02 cos Φ +/- I₂X02 sin Φ) / V₂)×100

上述两个方程是根据主边或副边的参数而建立的。因此，我们可以从SC试验数据中找出变压器的调节。滞后功率因数用正号，超前功率因数用负号。

结论

变压器开路和短路试验入门指南。学习了如何对变压器进行开路和短路测试，计算等效电路参数，计算效率和调节百分比。